0、前言

本教程翻译自TikZ官方文档，在这里我们学习节点（node）的绘制

1、问题陈述

要画一个这样的图

2、创建环境

\documentclass{article} 
\usepackage{tikz}
\usetikzlibrary{arrows} 
\usetikzlibrary{decorations.pathmorphing} % 用于绘制图中心的蛇形线
\usetikzlibrary{backgrounds} % 用于绘制灰色背景
\usetikzlibrary{positioning} % 用于通过相对位置摆放节点
\usetikzlibrary{fit} % 可以容易地计算背景矩形的尺寸
\usetikzlibrary{petri}
\begin{document}
\begin{tikzpicture}
	\draw (0,0) -- (1,1);
\end{tikzpicture}
\end{document}

3、节点引论

原则上来说，除了蛇形线，我们已经可以用上节知识画出这幅图了。但是那种方法有严重的弊端，就是如果之后要添加位置（places，指Petri Net中的圆圈），会很麻烦，所有坐标都要重新计算；另外，代码可读性会差，因为全是一些坐标，从而遗漏了Petri Net的一些内在结构信息。

幸运的是，TikZ可以用node来改善这种情况。我们在前节已经提到了node，现在我们深入学习它。node创建时，我们要提供位置信息与形状参数，node里还可以放一些文本。此外，node还可以被命名，以便后续引用。

在这里我们用node来实现places和transition（指图中的小矩形），就是说，这儿我们不用上节学到的circle和rectangle，而是用node来画他们。

\path ( 0,2) node [shape=circle,draw] {}
( 0,1) node [shape=circle,draw] {}
( 0,0) node [shape=circle,draw] {}
( 1,1) node [shape=rectangle,draw] {}
(-1,1) node [shape=rectangle,draw] {};

这代码是怎么运作的呢？\path创建了一个路径，先move到(0,2)，然后画一个节点，这个节点形状是圆圈，并且指定了draw就是要画出来，{}说明不添加任何文本；然后move到(0,1)，再画节点……注意在move时没有进行任何操作，如果要把连线画出来，一方面在{}后面加上--表示连线，另一方面要把命令改成\path[draw]或者\draw。（\draw和node[draw]两个draw是不一样的，前者是绘制路径，后者是绘制节点）。

4、用At语句放置节点

上面这么略显繁琐，因为加入了移动操作。实际上可以通过at来简化这个过程。at直接指定了放置的节点，这样就回避了节点定位“node紧跟在哪个后面，就以哪个为参考系”（详见上一节）这个规则了。

\path node at ( 0,2) [shape=circle,draw] {}
node at ( 0,1) [shape=circle,draw] {}
node at ( 0,0) [shape=circle,draw] {}
node at ( 1,1) [shape=rectangle,draw] {}
node at (-1,1) [shape=rectangle,draw] {};

这样就省略了move操作了，但还是有个路径path，其实可以更简洁，path也省了：

\node at ( 0,2) [circle,draw] {};
\node at ( 0,1) [circle,draw] {};
\node at ( 0,0) [circle,draw] {};
\node at ( 1,1) [rectangle,draw] {};
\node at (-1,1) [rectangle,draw] {};

与之前代码的不同：每一个画节点操作后面都加了分号、shape参数名省略了（像color shape这种不会引起歧义的参数名就可以省略）、\path命令省了。

P.S. 我发现这种语法画出的node时自带轮廓的，如果不想画轮廓，只想标注文字，则可以用\draw (1,1) node {2}这种语法，参见此篇博客第20节。

5、使用样式（Styles）

下面我们把这个图上色，让它更好看。

\node at ( 0,2) [circle,draw=blue!50,fill=blue!20] {};
\node at ( 0,1) [circle,draw=blue!50,fill=blue!20] {};
\node at ( 0,0) [circle,draw=blue!50,fill=blue!20] {};
\node at ( 1,1) [rectangle,draw=black!50,fill=black!20] {};
\node at (-1,1) [rectangle,draw=black!50,fill=black!20] {};

图倒是变好看了，但代码段变丑了，我们在这儿想清楚地表达由三个places两个transitions，不要看那么多颜色规定的语句。为此，我们可以预设样式。

[place/.style={circle,draw=blue!50,fill=blue!20},
transition/.style={rectangle,draw=black!50,fill=black!20}]
\node at ( 0,2) [place] {};
\node at ( 0,1) [place] {};
\node at ( 0,0) [place] {};
\node at ( 1,1) [transition] {};
\node at (-1,1) [transition] {};

6、节点大小

如果文本为空，TikZ自动给其设置一些空白，如果要改变大小，我们可以把空白设置大一些，通过inner sep参数。

[inner sep=2mm,
place/.style={circle,draw=blue!50,fill=blue!20,thick},
transition/.style={rectangle,draw=black!50,fill=black!20,thick}]
\node at ( 0,2) [place] {};
\node at ( 0,1) [place] {};
\node at ( 0,0) [place] {};
\node at ( 1,1) [transition] {};
\node at (-1,1) [transition] {};

但一个更好的方式是设定最小尺寸minimum size，有了最小尺寸，如果添加一些文本，节点会自动变大，如文本为空，则它为最小尺寸。通过minimum height和minimum width我们还可以设置最小高度和最小宽度。

[place/.style={circle,draw=blue!50,fill=blue!20,inner sep=0pt,minimum size=6mm},
transition/.style={rectangle,draw=black!50,fill=black!20,inner sep=0pt,minimum size=4mm}]
\node at ( 0,2) [place] {};
\node at ( 0,1) [place] {};
\node at ( 0,0) [place] {};
\node at ( 1,1) [transition] {fffffffff};
\node at (-1,1) [transition] {};

文字有些太挤，可以通过调大transition的inner sep解决

[place/.style={circle,draw=blue!50,fill=blue!20,inner sep=0pt,minimum size=6mm},
transition/.style={rectangle,draw=black!50,fill=black!20,inner sep=1pt,minimum size=4mm}]
\node at ( 0,2) [place] {};
\node at ( 0,1) [place] {};
\node at ( 0,0) [place] {};
\node at ( 1,1) [transition] {fffffffff};
\node at (-1,1) [transition] {};

7、命名节点

下面要添加箭头，但似乎很麻烦，因为箭头肯定不是从图形的中心开始画的，而是从圆圈和矩形边缘开始画的，要是还得计算坐标的话（比如圆心向右平移一个半径是哪个点），那可就麻烦了。
好在PGF可以自动帮我们做这些事，不过那样的话，我们得先命名节点。

命名节点有两种方式，一种是通过name=的选项，另一种是把命名放在圆括号里。这里我们介绍第二种。

\node[place] (waiting 1) at ( 0,2) {};
\node[place] (critical 1) at ( 0,1) {};
\node[place] (semaphore) at ( 0,0) {};
\node[transition] (leave critical) at ( 1,1) {};
\node[transition] (enter critical) at (-1,1) {};

为了更易读，把选项放在了紧跟\node的位置。名字随便定，可以包括下划线、连字符，只要没有逗号、句点、圆括号、冒号和其他一些特殊字符就行。

8、使用相对位置放置节点

在连接节点之前， 我们还要解决一个问题，就是节点的摆放问题。at语句很有用，但没法体现节点的相互关联，比如critical 1要在waiting 1 的下方，有不少方法来实现，比较好的是下面的below选项，通过positioning库来实现。

\node[place] (waiting) {};
\node[place] (critical) [below=of waiting] {};
\node[place] (semaphore) [below=of critical] {};
\node[transition] (leave critical) [right=of critical] {};
\node[transition] (enter critical) [left=of critical] {};

9、在节点旁添加标注

连接节点前，我们先给底部的semaphore places添加$s\le 3$的capacity。
有两种方式。

• 在semaphore节点的北部添加新节点（任何情况下均适用）。

[place/.style={circle,draw=blue!50,fill=blue!20,inner sep=0pt,minimum size=6mm},
transition/.style={rectangle,draw=black!50,fill=black!20,inner sep=1pt,minimum size=4mm}]
\node[place] (waiting) {};
\node[place] (critical) [below=of waiting] {};
\node[place] (semaphore) [below=of critical] {};
\node[transition] (leave critical) [right=of critical] {};
\node[transition] (enter critical) [left=of critical] {};

\node[red,above] at (semaphore.north) {$s\le 3$};

• 使用标注选项，它是node的一个可选参数。

[place/.style={circle,draw=blue!50,fill=blue!20,inner sep=0pt,minimum size=6mm},
transition/.style={rectangle,draw=black!50,fill=black!20,inner sep=1pt,minimum size=4mm}]
\node[place] (waiting) {};
\node[place] (critical) [below=of waiting] {};
\node[place] (semaphore) [below=of critical,
label=above:\textcolor{red}{$ s\le 3 $}] {};
\node[transition] (leave critical) [right=of critical] {};
\node[transition] (enter critical) [left=of critical] {};

除了above，我们还可以设置位置为low left、60（代表极坐标里的60度）。

\node[circle,draw,label=below:$ -90^\circ $,label=60:$ 60^\circ $] {my circle};

为了把标注颜色变成红色，可以通过label=above:\textcolor{red}{text}来实现，也可以通过label={[red]above:text}来实现，还可以预设样式every label/.style={red}，以下为预设样式的完整代码

[place/.style={circle,draw=blue!50,fill=blue!20,inner sep=0pt,minimum size=6mm},
transition/.style={rectangle,draw=black!50,fill=black!20,inner sep=1pt,minimum size=4mm},
every label/.style={red}]
\node[place] (waiting) {};
\node[place] (critical) [below=of waiting] {};
\node[place] (semaphore) [below=of critical,
label=above:$ s\le 3 $] {};
\node[transition] (leave critical) [right=of critical] {};
\node[transition] (enter critical) [left=of critical] {};

10、连接节点

终于要开始连接节点了，我们先从简单的开始，连接从enter critical到critical的线。为此，我们调用节点的锚（anchor），通过<node's name>.<anchor's name>来调用。

... % define styles
\node[place] (waiting) {};
\node[place] (critical) [below=of waiting] {};
\node[place] (semaphore) [below=of critical,
label=above:$ s\le 3 $] {};
\node[transition] (leave critical) [right=of critical] {};
\node[transition] (enter critical) [left=of critical] {};

\draw[->](enter critical.east)--(critical.west);

现在，让我们画从waiting到enter critical的曲线。通过<a> .. controls <b> and <c> .. <d>画弧来实现。

\node[place] (waiting) {};
\node[place] (critical) [below=of waiting] {};
\node[place] (semaphore) [below=of critical,
label=above:$ s\le 3 $] {};
\node[transition] (leave critical) [right=of critical] {};
\node[transition] (enter critical) [left=of critical] {};

\draw[->] (enter critical.east)--(critical.west);
\draw[->] (waiting.west)..controls +(left:5mm) and +(up:5mm)..(enter critical.north);

这边+(left:5mm)和+(up:5mm)都描述相对位置（从而定位切线），表示waiting.west左边5mm处，enter critical.north上方5mm处。

这个代码可以优化，因为TikZ可以智能地帮助我们判断锚会在节点的哪一侧，从而我们可以把anchor略去。

\node[place] (waiting) {};
\node[place] (critical) [below=of waiting] {};
\node[place] (semaphore) [below=of critical,
label=above:$ s\le 3 $] {};
\node[transition] (leave critical) [right=of critical] {};
\node[transition] (enter critical) [left=of critical] {};

\draw[->](enter critical)--(critical);
\draw[->](waiting)..controls+(left:5mm)and+(up:5mm)..(enter critical);

似乎弧线有点像直线了，可能TikZ还没那么智能，所以我选择给弧线代码保留anchor，直线省略之。

\node[place] (waiting) {};
\node[place] (critical) [below=of waiting] {};
\node[place] (semaphore) [below=of critical,
label=above:$ s\le 3 $] {};
\node[transition] (leave critical) [right=of critical] {};
\node[transition] (enter critical) [left=of critical] {};

\draw[->](enter critical)--(critical);
\draw[->](waiting.west)..controls+(left:5mm)and+(up:5mm)..(enter critical.north);

弧线代码还可以做进一步优化，我们可以用to语句来代替control-and语句，并且通过指定出节点的切线角度和入节点的切线角度（均指与极轴的夹角，你可以想象一个单位圆，逆时针方向为正角）。

\node[place] (waiting) {};
\node[place] (critical) [below=of waiting] {};
\node[place] (semaphore) [below=of critical,
label=above:$ s\le 3 $] {};
\node[transition] (leave critical) [right=of critical] {};
\node[transition] (enter critical) [left=of critical] {};

\draw[->](enter critical)--(critical);
\draw[->](waiting.west) to[out=180,in=90] (enter critical.north);

这比control-and语句画出的更接近1/4圆弧，爱了。
还有一个bend right和bend left选项也可以用，但是我觉得它比较费解，我觉得right和left反了吧，明明是往左转，它却是bend right，明明是转90度，却是bend right=45。。

还有一种指定边的方式，就是edge语句，一般是紧跟在定义节点之后，随之给出它到其他节点的连线。
为了真正搞懂bend right和bend left参数，我用edge语句试了四个例子，我发现他画出来的弧线型状跟[->]还是[<-]没有任何关系

\node[place] (waiting) {};
\node[place] (critical) [below=of waiting] {};
\node[place] (semaphore) [below=of critical,
label=above:$ s\le 3 $] {};
\node[transition] (leave critical) [right=of critical] {};
\node[transition] (enter critical) [left=of critical] {}
edge [->] (critical)
edge [bend left=45,red] (waiting)
edge [bend right=45,blue] (waiting)
edge [bend left=45,red] (semaphore)
edge [bend right=45,blue](semaphore);

我给出的解释是bend right还是bend left取决于从定义的节点和要达到的节点之间的连线段，从出节点的方向看，要是把线往左边掰就是bend left，反之就是bend right。但是对于to语句，我是真的没法解释，，，

\node[place] (waiting) {};
\node[place] (critical) [below=of waiting] {};
\node[place] (semaphore) [below=of critical,
label=above:$ s\le 3 $] {};
\node[transition] (leave critical) [right=of critical] {}
edge [<-] (critical)
edge [<-,in=0,out=270] (semaphore)
edge [->,bend right=45] (waiting);
\node[transition] (enter critical) [left=of critical] {}
edge [->] (critical)
edge [<-,bend left=45] (waiting)
edge [->,bend right=45](semaphore);

注意：edge 语句里，[<-]或[->]不影响方向，只影响箭头（arrow tip）的位置，用in-out选项也不太正常，感觉要自己多试几个才能试出来，我不是很懂他的原理是什么了。

我们可以预设箭头连线的样式，预设掰弯角度为45度，通过pre和post，注意，所有样式的代码要放在同一个方括号里。

[place/.style={circle,draw=blue!50,fill=blue!20,inner sep=0pt,minimum size=6mm},
transition/.style={rectangle,draw=black!50,fill=black!20,inner sep=1pt,minimum size=4mm},every label/.style={red},
bend angle=45,
pre/.style={<-,shorten <=1pt,>={Stealth[round]},semithick},
post/.style={->,shorten >=1pt,>={Stealth[round]},semithick}]
\node[place] (waiting) {};
\node[place] (critical) [below=of waiting] {};
\node[place] (semaphore) [below=of critical,
label=above:$ s\le 3 $] {};
\node[transition] (leave critical) [right=of critical] {}
edge [pre] (critical)
edge [pre,bend left] (semaphore)
edge [post,bend right] (waiting);
\node[transition] (enter critical) [left=of critical] {}
edge [post] (critical)
edge [pre,bend left] (waiting)
edge [post,bend right](semaphore);

还有一种比较好看的连线方法，不完全是弧线，是直线与弧线的结合。
\draw[post,rounded corners=5mm] (e1)|-(s);

还记得|-记号吗？我们在第一节指定坐标里学过，这里表示的是我先竖直画一条线，再水平画一条线。如果我不设置rounded corners就是方角，调大圆角半径可以使得转弯更smooth。当然了，也可以用-|那就是先水平画线再竖直画线。

11、给连线添加标注

在9种我们给节点旁边添加了标注，这里我们学习如何给连线添加标注。
当然我们可以手动添加节点，但是通过auto参数我们可以自动地把文本添加在连线旁边的位置而不是连线上；通过swap我们进行了镜像操作，因为默认是在内侧添加的。

\node[place] (waiting) {};
\node[place] (critical) [below=of waiting] {};
\node[place] (semaphore) [below=of critical,
label=above:$ s\le 3 $] {};
\node[transition] (leave critical) [right=of critical] {}
edge [pre] (critical)
edge [pre,bend left] (semaphore)
edge [post,bend right] node[auto,swap]{2} (waiting);
\node[transition] (enter critical) [left=of critical] {}
edge [post] (critical)
edge [pre,bend left] (waiting)
edge [post,bend right](semaphore);

12、添加蛇形线与多行文本

为此，我们需要在可选参数里面添加decorate与decoration=snake。这需要导入TikZ的decorations.pathmorphing库。
这么画可不对劲，因为箭头看起来很糟糕，其实我们可以设定更多的参数。

\draw[->,decorate,decoration={snake,amplitude=.4mm,segment length=10mm,post length=1mm}] (0,0)--(2,0);
\draw[->,decorate,decoration={snake,amplitude=1mm,segment length=4mm,post length=1mm}] (0,-1)--(2,-1);
\draw[->,decorate,decoration={snake,amplitude=1mm,segment length=10mm,post length=1mm}] (0,-2)--(2,-2);
\draw[->,decorate,decoration={snake,amplitude=.4mm,segment length=10mm,post length=5mm}] (3,0)--(5,0);
\draw[->,decorate,decoration={snake,amplitude=1mm,segment length=4mm,post length=5mm}] (3,-1)--(5,-1);
\draw[->,decorate,decoration={snake,amplitude=1mm,segment length=10mm,post length=5mm}] (3,-2)--(5,-2);

amplitue指定振幅，segment length类似于周期长度，post length大概是arrow tip一端的直线段长度

下面是添加多行文本，有两种方法，在这两种方法中，我们都需要首先指定align=center（或者left right都行，但一定要指定对齐方式，否则无法换行）

• 然后用\\强制换行。

\draw[->,decorate,decoration={snake,amplitude=.4mm,segment length=2mm,post length=1mm}](0,0)--(3,0)node[above,midway,align=center]
{replacement of\\the capacity\\by two places};

因为我们已经制定了位置是midway，所以node放在语句的哪个位置无所谓。

• 通过指定文本宽度来实现$\text{TEX}$自动换行。

\draw[->,decorate,decoration={snake,amplitude=.4mm,segment length=2mm,post length=1mm}](0,0)--(3,0)node[above,midway,align=center,text width=3cm]
{replacement of the \textcolor{red}{capacity} by \textcolor{red}{two places}};

13、使用图层：矩形背景

这有点棘手，我们必须在画完Petri Net之后再画矩形，因为画好之前我们并不知道我们画的Petri Net有多大。这可以通过TikZ的background库来实现。加载background库之后，我们就可以把图的一部分放在设置了on background layer选项的scope里。当tikzpicture环境结束时，图层依次往上叠放，首先叠放的就是背景层。

另一个棘手的问题是，如果确定背景矩形的尺寸呢？当然可以去手工计算横纵坐标，但更好的方式是让TikZ来算出一个适合（fit）所有节点的矩形。这就要导入fit库了，它定义了fit选项，当给到一个节点的时候，它会重新调整节点的尺寸、移动节点以使得所有节点都被背景所覆盖。

\node[place] (waiting) {};
\node[place] (critical) [below=of waiting] {};
\node[place] (semaphore) [below=of critical,
label=above:$ s\le 3 $] {};
\node[transition] (leave critical) [right=of critical] {}
edge [pre] (critical)
edge [pre,bend left] (semaphore)
edge [post,bend right] node[auto,swap]{2} (waiting);
\node[transition] (enter critical) [left=of critical] {}
edge [post] (critical)
edge [pre,bend left] (waiting)
edge [post,bend right](semaphore);

\begin{scope}[on background layer]
	\node [fill=black!30,fit=(waiting)(critical)(semaphore)(enter critical)(leave critical)] {};
\end{scope}

注意：node形状默认为矩形，所以可以不指定rectangle，fit各节点放在用圆括号内，圆括号之间不能有除了空格以外的任何分隔符，记得在最后加上表示空文本的{}。

14、完整代码

\documentclass{article} 
\usepackage{tikz}
\usetikzlibrary{arrows.meta} 
\usetikzlibrary{decorations.pathmorphing} % 用于绘制图中心的蛇形线
\usetikzlibrary{backgrounds} % 用于绘制灰色背景
\usetikzlibrary{positioning} % 用于方便的确定节点位置
\usetikzlibrary{fit} % 可以容易地计算矩形尺寸
\usetikzlibrary{petri}
\begin{document}
	\begin{tikzpicture}
		[
		node distance=1.3cm,on grid,>={Stealth[round]},bend angle=45,auto,
		every place/.style={minimum size=6mm,thick,draw=blue!75,fill=blue!20},
		every transition/.style={thick,draw=black!75,fill=black!20},
		red place/.style= {place,draw=red!75,fill=red!20},
		every label/.style={red}
		]
		\node [place,tokens=1] (w1) {};
		\node [place] (c1) [below=of w1] {};
		\node [place] (s) [below=of c1,label=above:$s\le 3$] {};
		\node [place] (c2) [below=of s] {};
		\node [place,tokens=1] (w2) [below=of c2] {};
		\node [transition] (e1) [left=of c1] {}
		edge [pre,bend left] (w1)
		edge [post,bend right] (s)
		edge [post] (c1);
		\node [transition] (e2) [left=of c2] {}
		edge [pre,bend right] (w2)
		edge [post,bend left] (s)
		edge [post] (c2);
		\node [transition] (l1) [right=of c1] {}
		edge [pre] (c1)
		edge [pre,bend left] (s)
		edge [post,bend right] node[swap] {2} (w1);
		\node [transition] (l2) [right=of c2] {}
		edge [pre] (c2)
		edge [pre,bend right] (s)
		edge [post,bend left] node {2} (w2);
		
		\begin{scope}[xshift=6cm]
			\node [place,tokens=1] (w1') {};
			\node [place] (c1') [below=of w1'] {};
			\node [red place] (s1') [below=of c1',xshift=-5mm]
			[label=left:$s$] {};
			\node [red place,tokens=3] (s2') [below=of c1',xshift=5mm]
			[label=right:$\bar s$] {};
			\node [place] (c2') [below=of s1',xshift=5mm] {};
			\node [place,tokens=1] (w2') [below=of c2'] {};
			\node [transition] (e1') [left=of c1'] {}
			edge [pre,bend left] (w1')
			edge [post] (s1')
			edge [pre] (s2')
			edge [post] (c1');
			\node [transition] (e2') [left=of c2'] {}
			edge [pre,bend right] (w2')
			edge [post] (s1')
			edge [pre] (s2')
			edge [post] (c2');
			\node [transition] (l1') [right=of c1'] {}
			edge [pre] (c1')
			edge [pre] (s1')
			edge [post] (s2')
			edge [post,bend right] node[swap] {2} (w1');
			\node [transition] (l2') [right=of c2'] {}
			edge [pre] (c2')
			edge [pre] (s1')
			edge [post] (s2')
			edge [post,bend left] node {2} (w2');
		\end{scope}
		\begin{scope}[on background layer]
			\node (r1) [fill=black!10,rounded corners,fit=(w1)(w2)(e1)(e2)(l1)(l2)] {};
			\node (r2) [fill=black!10,rounded corners,fit=(w1')(w2')(e1')(e2')(l1')(l2')] {};
		\end{scope}
		\draw [->,shorten >=1mm,
		-to, % 用于加载下面的pre选项
		thick,decorate,
		decoration={snake,amplitude=.4mm,segment length=2mm,
			pre=moveto,
			pre length=1mm, %箭头始端的直线段长度
			post length=2mm}]
		(r1) -- (r2) node [above=1mm,midway,text width=3cm,align=center]
		{replacement of the \textcolor{red}{capacity} by \textcolor{red}{two places}};
	\end{tikzpicture}
\end{document}